关于师范院校制药工程专业化工原理课程教学改革的思考和探讨

（湖南师范大学化学化工学院 湖南 410000）

《化工原理》是化工、制药工程等工科专业的主干必修课，承担着由理论到工程，由基础到专业的桥梁作用，是具有很强理论性和实践性的重要基础课程，分析和解决工业生产中单元操作的工程学科。教学内容包括“三传”的基础理论研究、常见单元操作的规律和典型设备应用。培养学生具有优选单元过程所需典型设备的能力和优化生产工艺过程的设计能力。同时为学生学习工艺学、设备与车间设计、分离工程等后续相关专业课程奠定基础。

制药工程专业是一个化学、生物学、药学（中药学）和工程学交叉的工科类专业，面向制药及相关行业和领域，培养具备化学、药学、生物和工程综合基础知识，具有解决复杂工程问题的能力和素养，能从事产品生产、经营管理、技术改造和新品研发等方面工作的工程技术人才。制药过程所涉及的一些物理、化学过程，主要有传质过程、传热过程、流动过程、反应过程、机械过程、热力学过程等。这些物理、化学过程，构成了制药工业的生产过程，所以化工原理是制药工程专业一门重要的基础课程。

师范学院的工科类专业是基于适应地方社会和经济发展的需要逐步建立和发展起来的，普遍存在着建设时间短、底子薄、实践教学条件薄弱等困难和不足，因此，与综合性高校或理工科院校相比，容易出现学生“理强工弱”、实践经验不足等弱点。

如何针对师范类学校制药工程专业的特点，培养学生的工程思维和分析、解决工程问题的能力，与有理论、会分析、能动手的高素质、应用型专业人才的培养目标相吻合，已成为化工原理教学改革的重要方向。本文根据多年的化工原理教学工作，对师范类学校制药工程化工原理课程的教学提出一些探索性的思考和探讨。

1.化工原理课程教学中存在的一些困难和问题

湖南师范大学制药工程专业选用陈敏恒等编著的化工原理第四版教材，分为上下两册，全书共有14章内容，内容相当丰富，教学任务重。原先沿用传统的教师讲授、学生听课的模式，教学效果不尽如人意，大多数学生反馈化工原理难度大，期末测验的结果不及格率偏高。具体如下：

(1)课程内容丰富，难度较大

化工原理是一门理论联系实践的综合性基础课程，以动量传递、热量传递和质量传递“三传”为主线，涵盖了流体输送、过滤、热量传递、精馏、吸收等化工生产过程中常用的各种单元操作，每个单元操作的章节又包括了基本原理、主要计算和典型的设备，内容非常丰富，知识点多而分散。

同时，化工原理对于学生的要求较高，不仅要有扎实的高等数学、大学物理、物理化学等先导课程的知识基础，还要求学生善于知识的归纳总结和融会贯通的能力。学生普遍反映化工原理的学习难度大，知识点晦涩难懂。从考试的成绩来看，化工原理也是及格率相对偏低的课程之一。

(2)教学形式单一，学习兴趣不高

作为专业基础课程，化工原理一般在二年级开课，在此之前学生主要以高等数学、英语、大学物理等基础理论课学习为主，对于专业和工程实践几乎没有接触，对于化工原理所涉及的工业装置几乎一无所知。因为陌生，学生对化工原理的学习兴趣普遍不高。

受学时和教学条件的限制，化工原理的教学一般以教师讲授为主，尤其基础理论的讲解主要以公式推导为主，课堂气氛一般比较凝重，难以调动学生的兴趣。

(3)理论与实践有些错位，学生比较迷茫

化工原理主要讲解经典的单元操作和设备，而这些单元操作和设备在二十世纪就已比较成熟，部分设备因技术进步而被淘汰，例如喷淋式蛇管换热器已被列管式换热器或板式换热器所取代。这导致学生在学习化工原理后，对于如何在生产实践中选择和优化单元操作仍然比较迷茫。

2.化工原理教学改革措施

为提高课堂效果，增强学生分析处理工业中工程技术问题的能力，针对前期发现的化工原理课程教学过程中存在的课程难度大、教学形式单一、学生积极性不高等问题，我校化工教研室借鉴其他学校的先进经验，对制药工程专业化工原理课程教学进行了改革和探索，取得了较好的教学效果。

(1)重视绪论教学，培养兴趣

绪论是化工原理正式教学的简介课，是整个课程的概述，更是课程的第一课，因此，对于课程的导入尤为重要。作为课程的开篇，绪论课的教学自由度是全课程最大的，对于授课者的要求也是最高的，良好的绪论教学不仅为课程的讲授树立了良好的开端，更能激发学生的求知欲望和兴趣，为后续的教学奠定坚实的基础。

我校化工原理课程在第三和四学期开设，此时学生已经学习了专业导论和一定的理论化学基础知识，比较缺乏工程经验和工程思维，容易产生化工原理只是简单的物理过程和设备。当深入学习后遇到困难就容易对课程失去兴趣。

绪论课一般为2个学时，不可能面面俱到，必须突出重点，即激发兴趣和培养工程思维。首先，在绪论教学中将化工与生活联系起来，引导学生关注身边的现象，并用化工原理知识进行合理解释。例如，“为什么宿舍楼的水往高处流？”引出流体流动，“为什么冬天要穿羽绒服？”引出热量传递，等等问题。通过生活例子的讲解，拉近理论与生活经验之间的联系，调动学生学习兴趣；其次，提出过程平衡和速率，解释平衡关系说明过程的可能性，速率关系解决过程的可行性，两者共同决定过程的经济性，树立学生的工程思维。最后，通过展示高年级学生的见习和实习的图片视频，让学生对化工厂和生产过程建立初步的了解。

(2)调整教学内容，突出难点和重点

针对制药工程专业的特点，为学生后期学习制药工艺学、制药设备等专业课程奠定理论知识基础，对化工原理的教学内容进行了适当的调整，对已淘汰或制药生产几乎不使用的内容以学生自学，教师答疑的方式组织学习，不再课堂讲授，同时增加一些新兴的、前沿的单元操作的教学，例如膜分离、超临界萃取、反应精馏等，提高知识的实用性。

为提高学生的参与度和学习兴趣，对教学案例和例题进行了全面的调整，加大了与制药工程和生活相关的案例和例题。例如，在化工单元操作在工业中的应用，选用了秸秆制酒精的工艺流程；复杂管路设计型计算的例题选用了一栋宿舍楼供水管路设计方面的例题；在热传导计算时，选用了双层平板玻璃的例题，既示范了平面壁热传导的计算，又宣传了节能环保的理念。这些来源于工厂实践和生活的内容提高了学生的积极性，激发了学生学习化工原理的兴趣。

(3)改进教学形式，活跃课堂气氛

针对过去课堂教学PPT以文字和公式为主的问题，增加了大量的生产现场的图片和视频等多媒体内容。在教学过程中，有意地引导学生参与公式推导和理论教学中，对翻转课堂、案例讨论等新的教学形式进行了尝试，对于章节概述等内容，逐步由教师讲授为主向以学生学习讨论为主转变。例如，在传热概述部分，让学生讨论生活中的强化传热、减弱传热的案例，等等。通过对教学形式的尝试，教师明显感觉到课堂气氛更加活跃，学生的主动性和积极性明显提高，师生关系更为融洽。

另一方面，教师更多地将科研课题的内容与学生分享，让学生不仅了解到前沿知识，也更多地了解科研过程的乐趣和获得感，激发学生参与科研的兴趣。例如，在膜分离部分的教学中，教师与学生分享了膜分离在速溶茶开发中的应用，展示了教师科研成果在实际生产中的设备和生产过程的视频。同时，为了加深学生对膜分离常温浓缩精制的优势，教师让学生们现场品尝和对比了膜分离工艺和蒸发浓缩工艺所生产速溶茶的汤色、香气和滋味，学生们一致认为膜分离工艺的速溶茶品质更佳，对膜分离工艺的认识和理解更深。

(4)理论教学与实验相结合，加强理论与实践的结合

化工原理实验是化工原理课程的重要实践教学环节，在实验教学中可以改变传统化工原理实验教材，使得实验课与理论课的结合更为紧密。因此，为提高学生理论联系实践的能力，巩固理论教学的效果，我校化工教研室对化工原理实验教学进行了调整。首先是理论教学与实验同步，学生学习完一章的内容立即进行相应的实验。这样既可以加深学生对化工原理基础理论和知识点的理解，同时加强了化工原理理论课和实验课之间的联系。其次，让理论课教师参与化工原理实验的教学，使得知识体系更为统一。第三，在化工原理实验教学中采用翻转课堂的模式，以学生为主，由学生来讲解实验目的、原理，并进行实验条件的设计，教师进行补充和指导，强化了学生对化工原理实验的参与度。

与此同时，积极组织和动员学生参与全国大学生化工设计大赛、全国大学生化工实验大赛和全国大学生制药工程设计竞赛等全国性的化工类和制药工程类学科竞赛，以赛促学，以赛促教。为了鼓励和帮助学生参与竞赛，我们一方面允许学生将参赛作品作为化工原理课程设计课程的考核评定依据，另一方面，指定教师对参赛学生进行一对一的竞赛指导。学生普遍反映通过参加竞赛，不仅能帮助同学们夯实理论知识，更能将理论与实践相结合，提升同学们的创新和实践能力与团队协作精神，为新工科人才培养打下坚实基础。

(5)充分利用线上教学资源，构建24小时课堂

2020年根据学校和学院的教学安排，我校化工教研室及时调整教学方法和手段，充分利用在线教学手段，推进化工原理及实验的线上教学，具体如下：

首先，利用我校化学化工虚拟仿真实验平台，由教师在管理平台中输入学生信息，学生可以随时随地登录平台进行离心泵、传热、精馏和吸收的虚拟仿真实验，模拟工业操作平台，进行开机、运行和停机等方面的操作和训练，弥补学生未接触实际工业过程的经验缺失，加深对单元操作设备的了解和认识。

其次，慕课网络资源，即“Massive Open Online Course”，简称为“MOOC”，是当前最大型开放式网络课程平台之一，其具有极其丰富的高等教育课程视频资源。院校充分利用MOOC、SPOC和B站平台上的化工原理教学视频，让学生在课程预习时点播大连理工大学和天津大学的名师教学视频，并通过SPOC平台发布一些预习的测试，作为课程平时成绩评定的依据。

图1 混合式教学模式的构建

第三，根据网络教学的特点，及时制作和调整了网络教学的PPT等教学资料，突出课程的重点和难点。在网络教学方面，利用腾讯会议等网络平台，组织同学们组成教学小组，加强教师和学生之间以及学生之间的网络互动，改变过去以教师讲授为主的教学模式为以教师讲授和学生自主学习相结合的教学模式，引导学生自主拓展学习。

第四，利用企业微信平台建立班级微信群，学生有疑问可以课后在群内向教师提问，教师即时答疑。同时，教师在微信群中公布作业答案和PPT课件，供学生们校对和学习。通过教师与学生在微信群中的互动，构建24小时在线的线上课堂。

通过多种网络教学手段的使用，学生反映化工原理教学更加生动，学生自主学习的能力也有所提高，学生基本上是满勤，教师与学生的互动和交流明显较传统方式更为密切。在学生返校后，我们教研室继续保留了在线教学的部分内容，积极推动线上和课堂教学的结合，发展“混合式教学”，利用网络资源来持续改进教学质量。

(6)教学与育人相结合，推进思政教学

化工原理是一门专业必修基础课，具有工程性和实践性强的特点，对于学生专业素养及工程能力的培养至关重要。在对化工原理课程教学研讨中，我们认为非常有必要向学生传授知识的同时，融入思政元素，将思政教育与课程内容有机融合，从而增强学生的社会责任感、创新精神和实践能力。在对化工原理课程思政建设方面的探索和实践中，我们通过深入挖掘化工原理课程中所蕴含的思政元素，把家国情怀、人文精神、科学素养、生态文明、工匠精神等元素融入课程，通过教学改革和信息技术手段将知识传授与价值引领衔接起来，提升育人成效。例如，在学习传热和换热器的内容时，教师引导学生从增大传热面积、增大平均温度差和总传热系数等方面入手，思考如何提高传热速率，进而对传热过程进行强化，以培养学生的节能减排和创新意识。在学习膜分离的内容时，教师介绍了液膜发明人美籍华人科学家黎念之院士在科学研究和家国情怀方面的相关事迹，激励学生们争当时代楷模，立志报效祖国。

3.结语

化工原理是包括制药工程专业在内的工科专业的基础性主干课程，起到了由理到工的承上启下的作用，也是理论与实践相结合的课程。化工原理的教学，不仅仅只是知识点的传授，更重要的是树立学生工程的视角和培育用理论知识解决实践问题的能力，为后续的工科课程的学习奠定基础。

基于这样的理解，我校化工教研室对化工原理课程的教学进行了改革，在教学内容、教学形式、教学方法等方面展开了大量的思考和探索。学生普遍反映化工原理课程的知识性、趣味性和时代感更为鲜明，对课程更感兴趣。通过课程改革，课程更加符合“培养德、智、体、美全面发展，具备扎实的科学基础知识、系统的制药工程基本理论和基本技能，能在制药、化工、能源、环保、材料等部门从事药品、药用辅料、医药中间体以及其他相关产品的技术幵发、工程设计和产品生产质量管理等工作的高素质复合型工程技术人才”的制药工程专业的培养目标。